JP6011076B2

JP6011076B2 - 疲労試験機および駆動波形の補正方法

Info

Publication number: JP6011076B2
Application number: JP2012150334A
Authority: JP
Inventors: 融松浦
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2012-07-04
Filing date: 2012-07-04
Publication date: 2016-10-19
Anticipated expiration: 2032-07-04
Also published as: JP2014013176A

Description

この発明は、アクチュエータを駆動して供試体に対して負荷を与えることにより、疲労・耐久試験を行う疲労試験機および駆動波形の補正方法に関する。

このような疲労試験機においては、目的とする疲労・耐久試験を行うための目標波形が、予め、設定される。そして、目標波形により近い波形で実際の疲労・耐久試験を実行するために、アクチュエータに与える駆動信号は、目標波形に逆伝達関数を乗じて生成している。より具体的には、供試体にランダム波形を入力し、ランダム波形による供試体の応答信号波形を検出し、ランダム波形と応答信号の波形（検出波形）との比あるいは差から伝達関数を算出する。そして、算出された伝達関数の逆数を逆伝達関数とし、目標波形に逆伝達関数を乗じて駆動信号の波形を生成している（特許文献１参照）。

駆動波形が決定された後には、目標波形に応答信号波形がより近づくように、疲労試験中において駆動波形の補正が継続して実行される。駆動波形の補正には、周波数領域での補正と、時間領域で補正がある。周波数領域での補正は、伝達関数補正とも呼ばれ、波形を周波数成分に分解し、応答信号の波形と目標波形との各周波数成分がそれぞれ一致するように、現在の駆動波形として入力された入力波形の周波数成分を調整し、新たな駆動波形を生成するものである。一方、時間領域での補正は、ピーク値補正とも呼ばれ、応答信号の波形のピーク値が目標波形のピーク値と一致するように、現在の駆動波形として入力された入力波形の振幅を増減し、新たな駆動波形を生成するものである。

伝達関数補正では、イタレーション処理（繰り返し補正）が行われるが、各波形が周波数成分に分解されるため、応答信号が非線形となるときに、全体の中間的な値に収束していくことになる。こうして生成された駆動波形でアクチュエータを駆動したときの応答信号の波形と目標波形とを時系列で時間位置ごとに対比すると、各時間位置で一定量の偏差が残る場合がある。一方、ピーク値補正は、目標波形と応答信号の波形のピーク値を合わせるだけであるため、伝達関数補正のように、波形の歪みや位相遅れを補正することはできない。

このため、伝達関数補正による結果が所定の条件を満たす場合には、時間領域での駆動信号補正であるピーク値補正を行う疲労試験機が提案されている（特許文献２参照）。

特開２００４−５３４５２号公報特開２０１０−２６６３９８号公報

ところが、特許文献２の疲労試験機のように、伝達関数補正後にピーク値補正を行ったとしても、ピーク値補正では、波形全体の振幅を増減させてピーク値を目標波形のピーク値に合わせているため、これにより生成された駆動波形でアクチュエータを駆動したときの応答信号の波形は、ピーク値としては目標波形に一致していても、それ以外の時間位置では、かえって誤差が大きくなる場合がある。

この発明は上記課題を解決するためになされたものであり、応答信号の波形を目標波形により近づけることが可能な疲労試験機および駆動波形の補正方法を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、供試体に試験力を繰り返し負荷するアクチュエータと、前記アクチュエータおよび前記供試体を含む系の伝達関数を同定し、逆伝達関数を演算する逆伝達関数演算手段と、前記供試体に与える実振動波形に対応した目標波形と、前記逆伝達関数演算手段により得られた逆伝達関数とを乗算することにより、前記アクチュエータに供給する最初の駆動波形を生成する初期駆動波形生成手段と、前記アクチュエータに供給する駆動波形を繰り返し補正する補正手段と、前記初期駆動波形生成手段により生成された駆動波形および前記補正手段により繰り返し補正された駆動波形に基づく駆動信号を、前記アクチュエータに出力する駆動信号出力手段と、前記アクチュエータに供給された駆動波形に対する応答信号を検出する応答信号検出手段と、を備えた疲労試験機であって、前記補正手段は、伝達関数補正部と、制御目標波形照準補正部を備え、前記伝達関数補正部は、実振動波形に対応した目標波形と応答信号の波形との周波数領域での偏差に基づいて、補正された駆動波形を生成する制御駆動波形生成部を有し、前記制御目標波形照準補正部は、前記アクチュエータに供給された駆動波形と、この駆動波形に対する応答信号の波形との周波数領域での比あるいは差から、最新の逆伝達関数を算出する逆伝達関数再演算部と、実振動波形に対応した目標波形と応答信号の波形との時間領域での偏差を算出する偏差器と、前記偏差器から出力される偏差波形を目標波形に上乗せする上乗せ回路と、により補正された目標波形を生成する制御目標波形生成部と、前記制御目標波形生成部において生成された補正後の目標波形に、前記逆伝達関数再演算部において算出された逆伝達関数を乗じて、新たな駆動波形を生成する乗算器と、前記乗算器を経て生成された駆動波形に対する応答信号の波形と、実振動波形に対応した目標波形とを比較して、繰り返し補正動作を終了するか否かを判断する補正終了判定部、を有することを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の疲労試験機において、前記伝達関数補正部は、前記制御駆動波形生成部において生成された駆動波形に対する応答信号の波形と、実振動波形に対応した目標波形とを比較して、繰り返し補正動作を終了するか否かを判断する伝達関数補正終了判定部を有し、前記逆伝達関数再演算部は、前記伝達関数補正部における繰り返し補正動作の後に、前記アクチュエータに供給された駆動波形と、この駆動波形に対する応答信号の波形との周波数領域での比あるいは差から、最新の逆伝達関数を算出する。

請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の疲労試験機において、前記制御目標波形生成部は、実振動波形に対応した目標波形と応答信号の波形との時間領域での偏差に減衰係数を乗じた値を、実振動波形に対応した目標波形に乗算することにより補正した目標波形を生成する。

請求項４に記載の発明は、供試体に試験力を繰り返し負荷するアクチュエータを備える疲労試験機において、前記アクチュエータに供給する駆動波形を補正する駆動波形の補正方法であって、前記アクチュエータおよび前記供試体を含む系の伝達関数を同定し、逆伝達関数を演算する逆伝達関数演算工程と、前記供試体に与える実振動波形に対応した目標波形と、前記逆伝達関数演算工程により得られた逆伝達関数とを乗算することにより、前記アクチュエータに供給する最初の駆動波形を生成する初期駆動波形生成工程と、前記アクチュエータに供給する駆動波形を繰り返し補正する補正工程と、前記初期駆動波形生成工程により生成された駆動波形および前記補正工程により繰り返し補正された駆動波形に基づく駆動信号を前記アクチュエータに出力する駆動信号出力工程と、前記アクチュエータに供給された駆動波形に対する応答信号を検出する応答信号検出工程と、を備え、前記補正工程は、伝達関数補正工程と、制御目標波形照準補正工程とを含み、前記伝達関数補正工程は、実振動波形に対応した目標波形と応答信号の波形との周波数領域での偏差に基づいて、補正された駆動波形を生成する制御駆動波形生成工程を含み、前記制御目標波形照準補正工程は、前記アクチュエータに供給された駆動波形と、この駆動波形に対する応答信号の波形との周波数領域での比あるいは差から、最新の逆伝達関数を算出する逆伝達関数再演算工程と、実振動波形に対応した目標波形と応答信号の波形との時間領域での偏差を算出して偏差波形を求め、前記偏差波形を目標波形に上乗せすることにより補正された目標波形を生成する制御目標波形生成工程と、前記制御目標波形生成工程において生成された補正後の目標波形に、前記逆伝達関数再演算工程において算出された逆伝達関数を乗じて、新たな駆動波形を生成する乗算工程と、前記乗算工程を経て生成された駆動波形に対する応答信号の波形と、実振動波形に対応した目標波形とを比較して、繰り返し補正動作を終了するか否かを判断する補正終了判定工程、を含む。

請求項１および請求項４に記載の発明によれば、目標波形に対して補正を行い、その補正後の目標波形をターゲットにして駆動信号を補正することにより、応答信号の波形を目標波形に近づけることが可能となる。

請求項２に記載の発明によれば、繰り返し伝達関数補正を行った後に、目標波形に対して補正を行い、その補正後の目標波形をターゲットにして駆動信号をさらに補正することにより、応答信号の波形を目標波形により近づけることが可能となる。

請求項３に記載の発明によれば、制御目標波形生成部は、実振動波形に対応した目標波形と応答信号の波形との時間領域での偏差に減衰係数を乗じた値を、実振動波形に対応した目標波形に乗算することから、制御駆動波形を生成するときに、応答信号の波形を目標波形により近づけることが可能な補正された目標波形を与えることができる。

請求項１および請求項４に記載の発明によれば、目標波形を繰り返し補正し、その繰り返し補正された目標波形をターゲットにした駆動波形の補正を、目標波形と応答波形の誤差が収束するまで繰り返し行うことから、駆動波形の補正をより正確に行うことが可能となる。

この発明に係る疲労試験機の概要図である。制御装置５０内部の機能ブロック図である。伝達関数補正部６１を示す機能ブロック図である。制御目標波形照準補正部６５を示す機能ブロック図である。伝達関数補正部６１における補正動作を示すフローチャートである。制御目標波形照準補正部６５における補正動作を示すフローチャートである。目標波形と補正後の駆動波形に対する応答波形とを示す波形図である。

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、この発明に係る材料試験機の概要図である。

この材料試験機は、アクチュエータ３１により供試体である試験片ＴＰに連続して負荷を付与することより疲労・耐久試験を行うものである。試験片ＴＰは、一対の支柱２３に架設されたクロスヘッド２５側に配設された上つかみ具２１と、テーブル２４側に配設された下つかみ具２２とにより、その両端を把持されている。なお、上つかみ具２１は、アクチュエータ３１のピストンロッドと連結されており、ピストンロッドに連動して上つかみ具２１を上下動させることにより、試験片ＴＰに繰り返し試験力が付与される。

制御装置５０からは、アクチュエータ３１の駆動信号が送信される。制御装置５０で生成されたデジタル信号は、Ｄ／Ａ変換器４１でアナログ信号に変換された後、増幅器３５で増幅されて、アクチュエータ３１に入力される。なお、この実施形態では、アクチュエータ３１として電磁アクチュエータを用いているが、電磁アクチュエータの替りに油圧アクチュエータを用いる場合には、サーボ弁に駆動信号が入力される。

試験片ＴＰの変位量は、クロスヘッド２５に配設された変位計３２で検出され、変位信号は、増幅器３７で増幅されてＡ／Ｄ変換器４３でアナログ信号からデジタル信号に変換された後、制御装置５０に入力される。

試験片ＴＰに負荷される試験力は、テーブル２４と下つかみ具２２との間に配設された荷重計３３により検出される。荷重信号は、増幅器３６で増幅され、Ａ／Ｄ変換器４２でアナログ信号からデジタル信号に変換された後、制御装置５０に入力される。

制御装置５０は、ＲＯＭ、ＲＡＭ等の記憶装置および演算装置を備えるコンピュータやシーケンサーによって構成され、この疲労試験機全体の動作を制御する。制御装置５０には、試験片ＴＰに与える実振動波形に対応した目標波形を発生する目標波形発生器４６と、ＰＳＤ（ＰｏｗｅｒＳｐｅｃｔｒｕｍＤｅｎｓｉｔｙ：パワースペクトル密度）ランダム波形を発生させるランダム波形発生器４５とが接続されている。

このＰＳＤランダム波形は、周波数ごとのパワースペクトル値を示すＰＳＤが一定の値（ホワイトノイズ）となるランダム波形であって、予めランダム波形発生器４５に保持させておいた様々な周波数成分を含む合成された任意波形や、モデル波形として選択した目標波形にも使用される実振動波形に基づいて作成される。このＰＳＤランダム波形は、後述するアクチュエータ３１と試験片ＴＰとを含む制御系の伝達関数を同定するために使用される。

図２は、制御装置５０の機能的構成を示すブロック図である。

この制御装置５０は、機能的構成として、アクチュエータ３１と試験片ＴＰとを含む制御系の伝達関数を同定するとともに逆伝達関数を演算する逆伝達関数演算部５１と、アクチュエータ３１に入力される最初の駆動波形を作成する初期駆動波形生成部５２と、試験実行中において駆動波形を補正する補正部６０と、変位信号および荷重信号を受信するとともに、いずれの信号を応答波形として逆伝達関数演算部５１および補正部６０に入力するかを選択する検出信号選択部５４と、アクチュエータ３１に供給する駆動波形をデジタル信号として出力する駆動信号出力部５５と、を備える。

補正部６０は、実振動波形に対応する目標波形をターゲットとして駆動波形に対して伝達関数補正を実行する伝達関数補正部６１と、実振動波形に対応した目標波形を補正し、この補正された目標波形をターゲットとして伝達関数補正後の駆動波形を補正する制御目標波形照準補正部６５とを備える。

図３は、伝達関数補正部６１を示す機能ブロック図である。

伝達関数補正は、アクチュエータ３１に与えられた駆動波形と、この駆動信号に基づいて試験片ＴＰに試験力を付与したときに得られる応答波形とをそれぞれフーリエ変換し、周波数ごとの不足分を駆動信号に繰り返し上乗せしていくものである。

図３に示すように、伝達関数補正部６１は、伝達関数補正後の駆動波形を生成する制御駆動波形生成部６２と、この伝達関数補正部６１における一連の補正動作を終了するか否かを判定する判定部６３とを備える。

制御駆動波形生成部６２は、目標波形をフーリエ変換するフーリエ変換部７１と、応答波形をフーリエ変換するフーリエ変換部７２と、フーリエ変換部７１からの出力信号とフーリエ変換部７２からの出力信号との偏差を算出する偏差器７３と、偏差器７３からの出力信号を逆フーリエ変換して偏差波形を作成する逆フーリエ変換部７４と、偏差波形を駆動波形に上乗せする上乗せ回路７５とを備える。上乗せ回路７５は、逆フーリエ変換部７４から出力された偏差波形を駆動波形に上乗せすることにより目標波形に対する応答波形の周波数ごとの不足分を駆動波形に上乗せした駆動波形を生成する。

判定部６３は、制御駆動波形生成部において生成された駆動波形に対する応答波形と試験片ＴＰに与える実振動波形に対応した目標波形とを比較して補正を終了するか否かを判断する伝達関数補正終了判定部として機能する。すなわち、この判定部６３は、制御駆動波形生成部６２において生成された伝達関数補正後の駆動波形と、この駆動波形をアクチュエータ３１に供給したときの応答波形との差を求め、これらの差が繰り返し補正を行っても減少しなくなったときに、伝達関数補正を終了すると判断する。例えば、初期駆動波形に対する応答波形と目標波形との平均二乗誤差が、補正後の駆動波形に対する応答波形と目標波形との平均二乗誤差よりも小さいか否かで伝達関数補正の終了を判断し、あるいは、補正後の駆動波形に対する応答波形の平均二乗誤差が、所定の範囲内にあるか否かで伝達関数補正の終了を判断することができる。

図４は、制御目標波形照準補正部６５を示す機能ブロック図である。

制御目標波形照準補正は、目標波形と応答波形の偏差を目標波形に上乗せし、その上乗せ目標波形（制御目標波形）をターゲットに駆動波形の補正を行うものである。この実施形態においては、駆動波形を、上述した伝達関数補正部６１で繰り返し補正した後に、制御目標波形照準補正部６５においてさらに補正を行うようにしているが、補正順序はこれに限定されることはなく、他の補正方法と組み合わせてもよい。

図４に示すように、制御目標波形照準補正部６５は、現在の駆動波形とそれに対する応答波形とから最新の逆伝達関数を演算する逆伝達関数再演算部６６と、目標波形発生器４６から入力された目標波形を補正する制御目標波形生成部６７と、変更された目標波形と最新の逆伝達関数を乗算する乗算器６８と、制御目標波形照準補正部６５における一連の補正動作を終了するか否かを判断する判定部６９とを備える。

逆伝達関数再演算部６６は、伝達関数補正部６１において補正された駆動波形をフーリエ変換するフーリエ変換部８１と、応答波形をフーリエ変換するフーリエ変換部８２と、フーリエ変換部８２からの出力信号をフーリエ変換部８１からの出力信号で除して、最新の逆伝達関数を算出する除算器８３とを有する。なお、この実施形態では、各波形をフーリエ変換することで周波数領域での比を用いて逆伝達関数を算出しているが、逆伝達関数再演算部６６における逆伝達関数の算出方法はこれに限定されない。

制御目標波形生成部６７は、目標波形と応答波形の時系列での偏差を算出する偏差器８４と、偏差器８４から出力される偏差波形を、目標波形発生器４６から入力された目標波形に上乗せする上乗せ回路８５とを有する。

乗算器６８は、上乗せ回路８５から出力された補正後の目標波形（すなわち、偏差器８４により出力された偏差が上乗せされた目標波形）に、逆伝達関数再演算部６６から出力された最新の逆伝達関数を乗算し、新たな駆動波形を生成する。

判定部６９は、乗算器６８から出力された駆動波形に対する応答波形と、試験片ＴＰに与える実振動波形に対応した目標波形とを比較して、補正を終了するか否かを判断する補正終了判定部として機能する。すなわち、この判定部６９は、補正後の目標波形をターゲットとして補正された駆動波形と、この駆動波形をアクチュエータ３１に供給したときの応答波形との差を求め、これらの差が繰り返し補正を行っても減少しなくなったときに、制御目標波形照準補正を終了すると判断する。例えば、上述した判定部６３と同様に、初期駆動波形に対する応答波形と目標波形との平均二乗誤差が、補正後の駆動波形に対する応答波形と目標波形との平均二乗誤差よりも小さいか否かで制御目標波形照準補正の終了を判断し、あるいは、補正後の駆動波形に対する応答波形の平均二乗誤差が、所定の範囲内にあるか否かで制御目標波形照準補正の終了を判断することができる。

以上のような構成を有する疲労試験機において疲労試験を実行する場合の動作について説明する。なお、以下の実施形態においては、変位計３２からの変位信号を応答信号として選択した場合について説明する。

疲労試験を実行するときには、まず、制御装置５０に、ランダム波形発生器４５からＰＳＤランダム波形が、目標波形発生器４６から目標波形が入力される。ランダム波形発生器４５から出力されたＰＳＤランダム波形は、逆伝達関数演算部５１および駆動信号出力部５５に入力される。駆動信号出力部５５に入力されたＰＳＤランダム波形は、デジタル信号（駆動信号）としてＤ／Ａ変換器４１に出力され、アクチュエータ３１に供給される。そして、この駆動信号に対して検出信号選択部５４が受信した変位信号および荷重信号のうち変位信号が、応答波形として逆伝達関数演算部５１に入力され、逆伝達関数が演算される。

なお、逆伝達関数演算部５１において、応答波形を離散フーリエ変換して得たＰＳＤ波形を、ＰＳＤランダム波形を離散フーリエ変換して得たＰＳＤ波形で除算することにより、伝達関数を同定することができる。

このＰＳＤランダム波形による加振は、アクチュエータ３１と試験片ＴＰとを含む制御系の伝達関数を同定し、初期駆動波形を得るための逆伝達関数を算出するためのものであって、初めて試験を行うときといった制御系の伝達関数が不明な場合にのみ行われる。ＰＳＤランダム波形による加振が必要な場合には疲労試験の冒頭に一度だけ行えばよい。

目標波形発生器４６から発生される目標波形は、初期駆動波形生成部５２と補正部６０に入力される。初期駆動波形生成部５２は、逆伝達関数演算部５１において求められた逆伝達関数と、目標波形とを乗算することにより、試験片ＴＰに試験力を与えるためにアクチュエータ３１に最初に供給される駆動波形を作成する。初期駆動波形生成部５２により生成されたいわゆる初期の駆動波形は、一時的に制御装置５０内に記憶されるとともに、駆動信号出力部５５に入力される。そして、駆動信号出力部５５からアクチュエータ３１に駆動波形が供給され、この駆動波形に対する変位信号に基づく応答波形が補正部６０に入力される。

次に、補正部６０における駆動波形の補正について説明する。図５は、伝達関数補正部６１における補正動作を示すフローチャートであり、図６は、制御目標波形照準補正部６５における補正動作を示すフローチャートである。

初期駆動波形生成部５２により生成された初期の駆動波形に対する応答波形が、伝達関数補正部６１に入力されると（ステップＳ１）、この応答波形と目標波形発生器４６から入力された目標波形とをそれぞれフーリエ変換し、目標波形と応答波形との偏差に基づいて、補正された駆動波形が生成される（ステップＳ２）。この工程は、図３に示す制御駆動波形生成部６２において実行される。

制御駆動波形生成部６２において補正された駆動波形が生成されると、制御装置５０内に記憶されている初期の駆動波形が、この補正後の駆動波形に更新され（ステップＳ３）、駆動信号出力部５５に補正後の駆動波形が入力される。しかる後、この駆動波形に対する変位信号に基づく応答波形が伝達関数補正部６１に入力される（ステップＳ４）。この応答波形は、判定部６３に入力され、目標波形発生器４６から入力された目標波形との時系列での誤差が計算される（ステップＳ５）。そして、この誤差が収束しているか否かの判断が判定部６３で行われ、収束していない場合は、ステップＳ２〜ステップＳ６までの工程を繰り返す。一方、判定部６３における判定において、応答波形と目標波形との時系列での誤差が収束していると判断された場合には、伝達関数補正部６１における補正動作を終了する。

伝達関数補正部６１における補正動作を終了すると、そのときに制御装置５０内に記憶されている伝達関数補正後の駆動波形に対する応答波形は、制御目標波形照準補正部６５の逆伝達関数再演算部６６に入力される（ステップＳ１１）。逆伝達関数再演算部６６では、図４に示すように、この応答波形と伝達関数補正後の駆動波形とをそれぞれフーリエ変換し、応答波形のフーリエ変換後の信号を駆動波形のフーリエ変換後の信号で除算することにより、最新の逆伝達関数を演算する（ステップＳ１２）。

また、伝達関数補正部６１における補正動作を終了すると、そのときに制御装置５０内に記憶されている伝達関数補正後の駆動波形に対する応答波形は、制御目標波形照準補正部６５の制御目標波形生成部６７にも入力される（ステップＳ１１）。制御目標波形生成部６７では、この応答波形と目標波形発生器４６から入力された目標波形との時系列での偏差を、偏差器８４を利用して求め、その偏差分を上乗せ回路８５において目標波形発生器４６から入力された目標波形に上乗せすることにより、補正された目標波形を生成する（ステップＳ１３）。なお、応答波形と目標波形発生器４６から入力された目標波形との時系列での偏差に減衰係数をさらに乗算した後に、上乗せ回路８５に入力するようにしてもよい。これにより、疲労試験が終了するまで、目標波形により近い応答波形を得ることができる。なお、減衰係数は、予め実験的に求められた値を用いる。

そして、逆伝達関数再演算部６６において計算された最新の逆伝達関数と、制御目標波形生成部６７において生成された補正後の目標波形とを乗算器６８により乗算することにより、新たな駆動波形を生成する（ステップＳ１４）。

制御目標波形照準補正部６５において補正された駆動波形が生成されると、制御装置５０内に記憶されている伝達関数補正後の駆動波形が、この補正後の駆動波形に更新され（ステップＳ１５）、駆動信号出力部５５に補正後の駆動波形が入力される。しかる後、この駆動波形に対する変位信号に基づく応答波形が制御目標波形照準補正部６５に入力される（ステップＳ１６）。この応答波形は、判定部６９に入力され、目標波形発生器４６から入力された目標波形との時系列での誤差が計算される（ステップＳ１７）。そして、この誤差が収束しているか否かの判断が判定部６９で行われ（ステップＳ１８）、収束していない場合は、ステップＳ１２〜ステップＳ１８までの工程を繰り返す。一方、判定部６９における判定において、応答波形と目標波形との時系列での誤差が収束していると判断された場合には、制御目標波形照準補正部６５における補正動作を終了する。

補正が終了すると、判定部６９において、応答波形と目標波形との時系列での誤差が収束していると判断されたときの駆動波形が、駆動信号出力部５５からアクチュエータ３１にデジタル信号として供給され、伝達関数補正部６１および制御目標波形照準補正部６５において繰り返し補正された駆動波形により、疲労試験が続行される。

図７は、目標波形と補正後の駆動波形に対する応答波形とを示す波形図である。図７（ａ）は、目標波形と、伝達関数補正後の駆動波形に対する応答波形と、目標波形と応答波形との偏差をプロットしたグラフである。図７（ｂ）は、目標波形と、補正後目標波形と、伝達関数補正および制御目標波形照準補正後の駆動波形に対する応答波形とをプロットしたグラフである。なお、この図において、縦軸は変位の振幅を示し横軸は時間を示している。また、説明の便宜上、振幅のピークを含む所定の時間範囲内での波形を図示している。

この図７においては、符号１（実線）は目標波形を示し、符号２（二点鎖線）は伝達関数補正後の応答波形を示し、符号３（一点鎖線）は目標波形と応答波形との偏差を示し、符号４（破線）は補正後の目標波形を示している。

伝達関数補正のみを繰り返し行った駆動波形に対する応答波形では、目標波形と応答波形との偏差が一定の範囲以上に変化しない、収束した状態となる。このときには、図７（ａ）に示すように、ピーク付近で応答波形が目標波形に到達していない状態である。そこで、図７（ｂ）に示すよう目標波形と応答波形との偏差を目標波形に上乗せした補正後の目標波形を設定し、この補正後の目標波形をターゲットに駆動波形の補正を再度繰り返し行うと、その駆動波形に対する応答波形は、最初に目標波形発生器４６から入力された目標波形に一致するようになる。従来のピーク値補正では、ピーク値が目標波形に一致するように、駆動波形の全体に目標波形と応答波形の差分を上乗せしていたため、ピーク値が目標波形に一致しても、他の時間位置においは差分が広がることがあった。しかし、上述したこの実施形態の補正によれば、目標波形と応答波形がピーク値において一致するとともに、他の時間位置においても一致するようになる。

２１上つかみ具
２２下つかみ具
２３支柱
２４テーブル
３１アクチュエータ
３２変位計
３３荷重計
３５増幅器
３６増幅器
３７増幅器
４１Ｄ／Ａ変換器
４２Ａ／Ｄ変換器
４３Ａ／Ｄ変換器
４５ランダム波形発生器
４６目標波形発生器
５０制御装置
５１逆伝達関数演算部
５２初期駆動波形生成部
５４検出信号選択部
５５駆動信号出力部
６０補正部
６１伝達関数補正部
６２制御駆動波形生成部
６３判定部
６５制御目標波形照準補正部
６６逆伝達関数再生成部
６７制御目標波形生成部
６８乗算器
６９判定部
７１フーリエ変換部
７２フーリエ変換部
７３偏差器
７４逆フーリエ変換部
７５上乗せ回路
８１フーリエ変換部
８２フーリエ変換部
８３除算器
８４偏差器
８５上乗せ回路

Claims

供試体に試験力を繰り返し負荷するアクチュエータと、
前記アクチュエータおよび前記供試体を含む系の伝達関数を同定し、逆伝達関数を演算する逆伝達関数演算手段と、
前記供試体に与える実振動波形に対応した目標波形と、前記逆伝達関数演算手段により得られた逆伝達関数とを乗算することにより、前記アクチュエータに供給する最初の駆動波形を生成する初期駆動波形生成手段と、
前記アクチュエータに供給する駆動波形を繰り返し補正する補正手段と、
前記初期駆動波形生成手段により生成された駆動波形および前記補正手段により繰り返し補正された駆動波形に基づく駆動信号を、前記アクチュエータに出力する駆動信号出力手段と、
前記アクチュエータに供給された駆動波形に対する応答信号を検出する応答信号検出手段と、
を備えた疲労試験機であって、
前記補正手段は、
伝達関数補正部と、制御目標波形照準補正部を備え、
前記伝達関数補正部は、
実振動波形に対応した目標波形と応答信号の波形との周波数領域での偏差に基づいて、補正された駆動波形を生成する制御駆動波形生成部を有し、
前記制御目標波形照準補正部は、
前記アクチュエータに供給された駆動波形と、この駆動波形に対する応答信号の波形との周波数領域での比あるいは差から、最新の逆伝達関数を算出する逆伝達関数再演算部と、
実振動波形に対応した目標波形と応答信号の波形との時間領域での偏差を算出する偏差器と、前記偏差器から出力される偏差波形を目標波形に上乗せする上乗せ回路と、により補正された目標波形を生成する制御目標波形生成部と、
前記制御目標波形生成部において生成された補正後の目標波形に、前記逆伝達関数再演算部において算出された逆伝達関数を乗じて、新たな駆動波形を生成する乗算器と、
前記乗算器を経て生成された駆動波形に対する応答信号の波形と、実振動波形に対応した目標波形とを比較して、繰り返し補正動作を終了するか否かを判断する補正終了判定部、
を有することを特徴とする疲労試験機。
請求項１に記載の疲労試験機において、
前記伝達関数補正部は、前記制御駆動波形生成部において生成された駆動波形に対する応答信号の波形と、実振動波形に対応した目標波形とを比較して、繰り返し補正動作を終了するか否かを判断する伝達関数補正終了判定部を有し、
前記逆伝達関数再演算部は、前記伝達関数補正部における繰り返し補正動作の後に、前記アクチュエータに供給された駆動波形と、この駆動波形に対する応答信号の波形との周波数領域での比あるいは差から、最新の逆伝達関数を算出する疲労試験機。
請求項１または請求項２に記載の疲労試験機において、
前記制御目標波形生成部は、実振動波形に対応した目標波形と応答信号の波形との時間領域での偏差に減衰係数を乗じた値を、実振動波形に対応した目標波形に乗算することにより補正した目標波形を生成する疲労試験機。
供試体に試験力を繰り返し負荷するアクチュエータを備える疲労試験機において、前記アクチュエータに供給する駆動波形を補正する駆動波形の補正方法であって、
前記アクチュエータおよび前記供試体を含む系の伝達関数を同定し、逆伝達関数を演算する逆伝達関数演算工程と、
前記供試体に与える実振動波形に対応した目標波形と、前記逆伝達関数演算工程により得られた逆伝達関数とを乗算することにより、前記アクチュエータに供給する最初の駆動波形を生成する初期駆動波形生成工程と、
前記アクチュエータに供給する駆動波形を繰り返し補正する補正工程と、
前記初期駆動波形生成工程により生成された駆動波形および前記補正工程により繰り返し補正された駆動波形に基づく駆動信号を前記アクチュエータに出力する駆動信号出力工程と、
前記アクチュエータに供給された駆動波形に対する応答信号を検出する応答信号検出工程と、
を備え、
前記補正工程は、
伝達関数補正工程と、制御目標波形照準補正工程とを含み、
前記伝達関数補正工程は、
実振動波形に対応した目標波形と応答信号の波形との周波数領域での偏差に基づいて、補正された駆動波形を生成する制御駆動波形生成工程を含み、
前記制御目標波形照準補正工程は、
前記アクチュエータに供給された駆動波形と、この駆動波形に対する応答信号の波形との周波数領域での比あるいは差から、最新の逆伝達関数を算出する逆伝達関数再演算工程と、
実振動波形に対応した目標波形と応答信号の波形との時間領域での偏差を算出して偏差波形を求め、前記偏差波形を目標波形に上乗せすることにより補正された目標波形を生成する制御目標波形生成工程と、
前記制御目標波形生成工程において生成された補正後の目標波形に、前記逆伝達関数再演算工程において算出された逆伝達関数を乗じて、新たな駆動波形を生成する乗算工程と、
前記乗算工程を経て生成された駆動波形に対する応答信号の波形と、実振動波形に対応した目標波形とを比較して、繰り返し補正動作を終了するか否かを判断する補正終了判定工程、
を含む駆動波形の補正方法。